Hiện nay, công nghệ in 3D đang mở ra hướng đi mới cho sản xuất hiện đại. Nổi bật trong số đó, công nghệ in 3D EBM là giải pháp in 3D kim loại tiên tiến, cho phép tạo ra các chi tiết có độ bền cao và hình dạng phức tạp, phù hợp với các lĩnh vực như hàng không, y tế và chế tạo công nghiệp.
Vinnotek, đơn vị tiên phong trong ứng dụng công nghệ in 3D tại Việt Nam, sẽ cùng bạn tìm hiểu sâu hơn về nguyên lý, ưu điểm và ứng dụng thực tiễn của công nghệ In 3D EBM qua bài viết sau.
1. Giới thiệu chung về công nghệ in 3D EBM
In 3D bằng chùm tia electron (EBM – Electron Beam Melting) là một công nghệ in 3D kim loại sử dụng chùm tia electron để nung chảy và kết hợp các hạt bột kim loại, tạo thành các chi tiết có độ chính xác và độ bền cao.
Thoạt nhìn, EBM có thể giống với công nghệ SLS (Selective Laser Sintering) do cả hai đều sử dụng nguyên lý nung chảy lớp bột vật liệu. Tuy nhiên, điểm khác biệt cốt lõi là EBM sử dụng chùm tia electron làm nguồn năng lượng, trong khi SLS sử dụng tia laser CO₂, và EBM chỉ tương thích với các vật liệu kim loại dẫn điện, thay vì các loại polymer nhiệt dẻo như trong SLS.
Đặc biệt, EBM thường được ứng dụng với hợp kim titan và không thể in các vật liệu phi kim như nhựa hay gốm. Điều này xuất phát từ nguyên lý hoạt động của công nghệ – chùm tia electron tương tác với bột kim loại thông qua điện tích, tạo ra quá trình nung chảy và đông đặc để hình thành sản phẩm.
2. Nguyên lý hoạt động của công nghệ in 3D EBM
Công nghệ in 3D EBM hoạt động theo nguyên lý nung chảy từng lớp bột kim loại trong môi trường chân không, nhờ vào nguồn nhiệt từ chùm tia electron có năng lượng cao. Dưới đây là 10 bước cơ bản trong quy trình in 3D kim loại bằng EBM – từ khâu thiết kế mô hình ban đầu đến kiểm tra chất lượng sau khi in hoàn tất
Bước 1: Thiết kế và cắt lớp mô hình
Sử dụng phần mềm thiết kế 3D (CAD) để tạo ra mô hình kỹ thuật số của vật thể. Sau đó, mô hình được xử lý qua phần mềm cắt lớp (slicer) để chia thành hàng trăm hoặc hàng nghìn mặt cắt mỏng – mỗi lớp đại diện cho một mặt phẳng ngang của vật thể.
Bước 2: Chuẩn bị vật liệu và buồng in
Thùng chứa bột kim loại được nạp đầy bằng vật liệu mong muốn, chẳng hạn như titan hoặc hợp kim cobalt-chromium. Sau đó, buồng in được đóng kín và hút chân không xuống mức khoảng 0,0001 mBar để tạo điều kiện tối ưu cho chùm tia electron hoạt động hiệu quả.
Bước 3: Gia nhiệt bàn in và ổn định môi trường
Khi đạt được điều kiện chân không, chùm tia electron được khởi động để gia nhiệt bàn in lên nhiệt độ cao, phù hợp với từng loại vật liệu (ví dụ: titan cần 600–700°C). Việc làm nóng bàn in giúp ổn định nhiệt độ, giảm ứng suất và chuẩn bị nền tảng cho quá trình in.
Bước 4: Tái tạo lớp bột đầu tiên
Hệ thống rải bột sẽ phủ một lớp bột mỏng lên bề mặt bàn in. Lớp bột này được làm nóng sơ bộ để đạt trạng thái thích hợp trước khi tia electron bắt đầu làm nóng chảy.
Bước 5: Nung chảy lớp đầu tiên bằng chùm electron
Chùm tia electron được điều khiển chính xác bởi các cuộn dây điện từ, quét theo mặt cắt lớp đầu tiên của mô hình. Năng lượng từ tia electron làm nóng chảy chọn lọc bột kim loại tại các vùng được định sẵn, khiến các hạt hợp nhất lại và tạo thành lớp vật liệu rắn đầu tiên.
Bước 6: Hạ bàn in và lặp lại quy trình
Sau khi một lớp hoàn thành, bàn in sẽ hạ xuống một khoảng bằng độ dày lớp (thường từ 50 đến 100 micron). Một lớp bột mới được phủ lên và quá trình nung chảy tiếp tục. Quy trình này được lặp lại cho đến khi toàn bộ mô hình được in hoàn chỉnh.
Bước 7: Làm nguội sản phẩm
Sau khi in xong, sản phẩm vẫn nằm trong thùng bột và cần được để nguội từ từ trong buồng in. Việc làm nguội có kiểm soát giúp tránh hiện tượng biến dạng do chênh lệch nhiệt độ quá lớn.
Bước 8: Loại bỏ bột thừa
Khi sản phẩm đã nguội hoàn toàn, lớp bột chưa thiêu kết bao quanh sẽ được loại bỏ – thường bằng khí nén, máy hút hoặc sàng lọc. Bột này có thể được tái sử dụng cho các lần in sau.
Bước 9: Gỡ hỗ trợ và xử lý hoàn thiện
Nếu mô hình có kết cấu hỗ trợ, chúng sẽ được tháo ra. Sau đó, sản phẩm có thể được xử lý hậu kỳ như mài, đánh bóng hoặc gia công CNC để đạt yêu cầu về kích thước, độ nhẵn và tính thẩm mỹ.
Bước 10: Kiểm tra chất lượng
Cuối cùng, sản phẩm được kiểm tra chất lượng bằng các phương pháp như đo chính xác 3D, kiểm tra bề mặt, và thử nghiệm cơ lý. Bước này đảm bảo sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật của ngành công nghiệp.
3. Ưu điểm của công nghệ in 3D EBM
Cũng giống như các công nghệ in 3D khác, Electron Beam Melting (EBM) sở hữu những lợi thế nổi bật nhưng cũng tồn tại một số hạn chế nhất định.
Mật độ và độ bền vượt trội: Nhờ khả năng nung chảy hoàn toàn bột kim loại, EBM tạo ra các chi tiết có độ đặc gần như tuyệt đối, từ đó đạt được tính cơ học cao và khả năng chịu lực vượt trội so với nhiều phương pháp sản xuất khác.
Tốc độ in nhanh: Với nguồn năng lượng mạnh từ chùm tia electron và môi trường chân không tối ưu, EBM có thể rút ngắn đáng kể thời gian in, đặc biệt hiệu quả khi in các chi tiết kích thước lớn hoặc yêu cầu sản xuất nhanh.
Tái sử dụng vật liệu hiệu quả: Bột kim loại chưa được sử dụng trong quá trình in không bị biến chất, có thể thu hồi và tái sử dụng nhiều lần, giúp giảm lãng phí và tối ưu chi phí nguyên liệu.
Giảm thiểu cấu trúc hỗ trợ: Nhờ nhiệt độ buồng in luôn được duy trì ổn định, ứng suất nhiệt được kiểm soát tốt, từ đó hạn chế biến dạng và giảm nhu cầu sử dụng kết cấu hỗ trợ phức tạp, giúp đơn giản hóa quá trình xử lý sau in.
4. Ứng dụng nổi bật của in 3D EBM
Công nghệ in 3D EBM (Electron Beam Melting) được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ chính xác, độ bền cơ học cao và khả năng chịu nhiệt vượt trội. Những lĩnh vực tiêu biểu bao gồm:
4.1 Y tế – Cấy ghép và thiết bị chỉnh hình
EBM đặc biệt phù hợp trong sản xuất các bộ phận cấy ghép bằng titan như khớp háng, đốt sống nhân tạo và implant nha khoa. Các chi tiết có cấu trúc xốp sinh học, giúp tăng khả năng tích hợp với cơ thể và đẩy nhanh quá trình hồi phục.
Y tế – Cấy ghép và thiết bị chỉnh hình
4.2 Hàng không – Vũ trụ
Nhờ khả năng tạo ra các bộ phận nhẹ, bền và chịu nhiệt cao, EBM được sử dụng để sản xuất linh kiện động cơ phản lực, cánh tuabin, và kết cấu máy bay – giúp giảm trọng lượng tổng thể mà vẫn đảm bảo hiệu suất.
Hàng không – Vũ trụ
4.3 Công nghiệp ô tô hiệu suất cao
EBM được ứng dụng trong chế tạo các bộ phận có hình dạng phức tạp như piston, ống xả hiệu suất cao, hoặc linh kiện chịu lực trong động cơ, đặc biệt trong xe đua và xe thể thao.
Công nghiệp ô tô hiệu suất cao
4.4 Nghiên cứu và quốc phòng
Với độ tùy biến cao, EBM được dùng trong sản xuất linh kiện nguyên mẫu, thiết bị quân sự chuyên dụng và nghiên cứu vật liệu tiên tiến, nơi yêu cầu khắt khe về tính chính xác và độ bền.Nghiên cứu và quốc phòng
5. Vật liệu sử dụng khi in 3D EBM
Công nghệ Electron Beam Melting (EBM) chỉ sử dụng được các loại kim loại dẫn điện, do chùm tia electron chỉ có thể tác động hiệu quả lên các vật liệu có tính dẫn điện cao. Điều này khiến phạm vi vật liệu của EBM hạn chế hơn so với các công nghệ in 3D kim loại khác như: công nghệ in 3D SLM hay công nghệ in 3d DMLS. Tuy nhiên, những vật liệu được sử dụng lại có giá trị kỹ thuật cao, phù hợp với các ứng dụng chuyên biệt trong hàng không, y tế và công nghiệp hiệu suất cao.
Một số vật liệu phổ biến được dùng trong EBM bao gồm:
- Titanium và hợp kim titanium: Đây là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong EBM nhờ đặc tính nhẹ, bền và chống ăn mòn cao. Titanium rất phù hợp cho các chi tiết cần khả năng chịu lực tốt nhưng trọng lượng nhẹ, chẳng hạn như implant y tế, khớp xương nhân tạo, hoặc linh kiện hàng không.
- Cobalt-Chrome (CoCr): Hợp kim này nổi bật với độ cứng cao, khả năng chịu mài mòn và chịu nhiệt tốt, thường được ứng dụng trong sản xuất răng sứ, thiết bị y tế và các chi tiết cơ khí chính xác trong môi trường khắc nghiệt.
- Inconel 718 và một số loại thép không gỉ đặc biệt: Đây là những hợp kim có khả năng chịu nhiệt và kháng oxy hóa cực cao, phù hợp để chế tạo cánh tuabin, bộ phận động cơ hoặc linh kiện chịu tải trong ngành năng lượng và hàng không.
6. So sánh in 3D EBM với các công nghệ in 3D khác
Để hiểu rõ hơn về ưu điểm của công nghệ in 3D EBM (Electron Beam Melting), chúng ta cần so sánh nó với các công nghệ in 3D kim loại phổ biến khác như SLM/DMLS (Selective Laser Melting / Direct Metal Laser Sintering) và Binder Jetting. Mỗi công nghệ có sự khác biệt về nguyên lý hoạt động, môi trường in, vật liệu sử dụng và chất lượng sản phẩm đầu ra. Việc so sánh sẽ giúp người dùng lựa chọn giải pháp phù hợp nhất với nhu cầu sản xuất và ứng dụng.
| Tiêu chí | EBM (Electron Beam Melting) | SLM/DMLS (Laser Melting) | Binder Jetting |
| Nguồn năng lượng | Chùm tia điện tử trong môi trường chân không | Tia laser công suất cao trong môi trường khí trơ | Chất kết dính phun lên lớp bột kim loại |
| Môi trường in | Chân không hoàn toàn (vacuum) | Khí trơ (argon, nitrogen) | Không cần môi trường khí đặc biệt |
| Cách tạo lớp | Nung chảy toàn bộ lớp bằng chùm tia điện tử | Quét từng điểm bằng tia laser | Phun chất kết dính lên lớp bột và sau đó thiêu kết |
| Tốc độ in | Nhanh, đặc biệt với vật liệu như titan | Tốc độ trung bình do quét điểm | Rất nhanh, đặc biệt với chi tiết lớn |
| Độ chính xác | Cao, nhưng không bằng SLM trong chi tiết rất nhỏ | Rất cao, đặc biệt với chi tiết phức tạp nhỏ | Trung bình, phụ thuộc vào giai đoạn thiêu kết |
| Mật độ sản phẩm | Gần như đặc tuyệt đối (~99.9%), nhờ nung chảy hoàn toàn | Gần như đặc tuyệt đối (~99%) | Thấp hơn, cần thiêu kết để tăng mật độ |
| Vật liệu hỗ trợ | Ít hoặc không cần nhờ nhiệt độ buồng cao | Cần cấu trúc hỗ trợ do nhiệt độ điểm | Không cần hỗ trợ khi in, nhưng cần xử lý sau in |
| Ứng dụng | Y tế (implant), hàng không, linh kiện chịu nhiệt cao | Linh kiện cơ khí chính xác, khuôn mẫu, hàng không | Sản xuất hàng loạt chi tiết lớn, mẫu đúc phức tạp |
| Chi phí thiết bị | Cao | Cao | Trung bình đến cao (tùy hệ thống thiêu kết) |
| Chi phí vận hành | Tương đối cao, nhưng tái sử dụng bột hiệu quả | Cao hơn do mất bột trong quá trình xử lý | Thấp hơn, nhưng cần đầu tư cho hậu xử lý |
| Độ linh hoạt vật liệu | Hạn chế – chủ yếu là titan và cobalt-chromium | Cao – hỗ trợ nhiều loại hợp kim kim loại | Cao – nhiều loại bột có thể sử dụng được |
Mỗi công nghệ in 3D đều sở hữu những đặc điểm riêng, phù hợp với các nhu cầu sản xuất khác nhau. Chẳng hạn, công nghệ EBM đặc biệt lý tưởng cho những sản phẩm đòi hỏi độ bền cao, mật độ vật liệu lớn và khả năng chịu nhiệt rất phù hợp trong lĩnh vực y tế và hàng không nhờ môi trường in trong chân không giúp giảm thiểu oxy hóa, cho ra sản phẩm có chất lượng vượt trội.
Trong khi đó, công nghệ IN 3d SLMvà công nghệ in 3D DMLS lại nổi bật với độ chính xác cực cao và khả năng xử lý được nhiều loại vật liệu, thích hợp cho các chi tiết nhỏ, phức tạp trong các ngành yêu cầu khắt khe về độ chính xác hình học. Với những ứng dụng cần sản xuất hàng loạt hoặc chi tiết kích thước lớn, Binder Jetting là lựa chọn tối ưu về tốc độ và chi phí, dù rằng cần bổ sung các bước xử lý sau in để đạt được chất lượng cơ học mong muốn.
> Tham khảo thêm các công nghệ in 3D liên quan:
7. Vinnotek – Công ty tiên phong trong lĩnh vực in 3D EBM
Vinnotek tự hào là một trong những đơn vị đầu tiên tại Việt Nam ứng dụng và phát triển công nghệ in 3D EBM giải pháp sản xuất tiên tiến dành cho ngành công nghiệp kim loại hiệu suất cao. Với đội ngũ kỹ sư chuyên môn cao và hệ thống thiết bị EBM hiện đại, Vinnotek mang đến dịch vụ in 3D chất lượng vượt trội, phục vụ các lĩnh vực đòi hỏi kỹ thuật khắt khe như hàng không, y tế, quốc phòng, ô tô và nghiên cứu khoa học.
Tại sao nên chọn Vinnotek?
Công nghệ tiên tiến với năng lực sản xuất vượt trội
Vinnotek mang đến giải pháp in 3D EBM – công nghệ in kim loại tiên tiến sử dụng chùm tia electron để nung chảy lớp bột kim loại trong môi trường chân không. Công nghệ này giúp sản xuất các chi tiết có độ bền cao, đồng nhất về cơ tính, ít biến dạng nhiệt và đặc biệt hiệu quả với vật liệu như titanium và hợp kim cobalt-chrome. EBM là lựa chọn lý tưởng cho ngành hàng không, thiết bị y tế cấy ghép (implant), và các linh kiện yêu cầu trọng lượng nhẹ – kết cấu rỗng nhưng chịu lực tốt.
Hệ sinh thái dịch vụ toàn diện từ A đến Z
Vinnotek triển khai toàn bộ chuỗi giá trị cho in 3D EBM: từ thiết kế tối ưu cho cấu trúc lattice rỗng, chọn vật liệu phù hợp, mô phỏng nhiệt học, đến xử lý hậu kỳ như tách support, xử lý nhiệt đồng nhất hóa và hoàn thiện bề mặt. Khách hàng được hỗ trợ đầy đủ cả kỹ thuật, phần mềm và kiểm tra chất lượng (CMM, phân tích vi cấu trúc), đảm bảo sản phẩm đạt chuẩn công nghiệp cao nhất.
Tiếp cận đội ngũ chuyên gia hàng đầu và công nghệ tiên phong
Với sự hỗ trợ từ các đối tác quốc tế, Vinnotek sở hữu đội ngũ kỹ sư am hiểu sâu sắc về công nghệ chùm electron, quản lý nhiệt trong quá trình nung, tính toán phân bố ứng suất dư và các đặc trưng vi cấu trúc sau in. Đặc biệt, Vinnotek có kinh nghiệm triển khai EBM cho các dự án trong ngành hàng không – quốc phòng, nơi yêu cầu rất cao về độ bền, độ chính xác và an toàn vận hành.
Đào tạo – chuyển giao 100% và đồng hành trọn vòng đời dự án
Vinnotek áp dụng mô hình “chìa khóa trao tay” cho các đơn vị triển khai công nghệ EBM: từ cài đặt hệ thống máy in trong môi trường chân không, hướng dẫn vận hành an toàn với tia electron và bột kim loại mịn, đến xử lý hậu kỳ, kiểm tra chất lượng và bảo dưỡng thiết bị. Điều này giúp khách hàng làm chủ hoàn toàn công nghệ tiên tiến, chủ động sản xuất và ứng dụng linh hoạt trong nhiều ngành nghề.
Mạng lưới kiến thức & kết nối ngành qua Hội thảo quốc gia METAMAN
Vinnotek mời khách hàng sử dụng công nghệ EBM tham gia METAMAN – diễn đàn lớn nhất Việt Nam về công nghệ in 3D. Tại đây, các kỹ sư, nhà nghiên cứu và chuyên gia quốc tế chia sẻ kinh nghiệm ứng dụng EBM trong sản xuất implant y tế, cấu trúc nhẹ trong hàng không, và những hướng phát triển mới của in 3D kim loại trong môi trường khắc nghiệt.
Vinnotek không chỉ đơn thuần là nhà cung cấp dịch vụ in, mà còn là đối tác đồng hành trong quá trình nghiên cứu, phát triển sản phẩm và tối ưu hóa chi phí sản xuất bằng công nghệ EBM. Với sứ mệnh “Ứng dụng công nghệ in 3D EBM để nâng tầm công nghiệp Việt”, chúng tôi không ngừng đổi mới, đầu tư công nghệ và phát triển giải pháp thực tiễn mang đến giá trị chính xác, bền vững và đột phá cho từng dự án.
8. Tổng kết:
Công nghệ in 3D EBM đang mở ra bước tiến mới trong sản xuất kim loại nhờ khả năng tạo ra các chi tiết bền, chính xác và có mật độ gần như tuyệt đối. Với ưu thế về hiệu suất và khả năng in được các vật liệu đặc biệt như titan hay cobalt-chromium, EBM là lựa chọn lý tưởng cho các ngành công nghiệp đòi hỏi tiêu chuẩn kỹ thuật cao.
Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp in kim loại 3D chất lượng, ổn định và tối ưu chi phí, Vinnotek chính là đối tác đáng tin cậy. Với kinh nghiệm thực tiễn, trang thiết bị hiện đại và đội ngũ kỹ thuật chuyên sâu, Vinnotek cam kết mang đến dịch vụ in 3D EBM hàng đầu tại Việt Nam.
